多总线仪器程控接口转换器研制

发布时间：2017-08-20 10:21

  本文关键词：多总线仪器程控接口转换器研制

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【摘要】：本课题来源于研究所的科研项目“多总线仪器程控接口转换器研制”。由于笔者单位目前的半导体电路测试生产线新旧仪器并存,各类仪器所配备的GPIB、LAN、USB等总线接口类型繁多,使得测试平台统一困难,且对自动测试系统的易用性及稳定性也有影响。因此开发多总线仪器程控接口转换器,实现USB/LAN-GPIB总线接口的转换,对于笔者单位的科研生产测试具有较高的实用价值。目前国内外较为成熟的USB/LAN-GPIB接口转换的解决方案,如USB-GPIB接口转换器和LAN-GPIB接口转换器类的产品还相对较少,且价钱昂贵。如是德科技有限公司(原安捷伦科技有限公司)的USB-GPIB转换接口82357和LAN-GPIB接口转换器E5810A,以及美国国家仪器公司(NI)的GPIB-ENET/1000和GPIB-USB-HS接口转换器,这些接口转换器价格均在500美元到1200美元(约合人民币3000元至8000元)范围内。此外,上述各类国外公司产品均仅仅只有单一的两种接口的转换功能,不能实现多种接口到GPIB接口转换的功能,在自动测试平台组建,外场试验等实际应用中不便于使用和携带。而目前国内厂家所研发的同类产品也基本以逆向仿制以上美国公司产品为主,稳定性较差且无知识产权。因此自主研发USB/LAN-GPIB总线接口转换器既可节约科研经费,也可规避知识产权问题。该科研项目的研究目的是实现USB/LAN-GPIB总线接口转换器的研制设计,实现测控机通过USB/LAN总线接口与具有GPIB总线接口仪器之间的顺畅通信,且相对国外产品具有价格低廉,功能集成度高的优势,同时满足测试生产线及外场试验的各类需求。本文详细论述了USB/LAN-GPIB接口转换器的基本设计原理及总体设计方案,硬件和软件设计三个方面的内容。使用单片机STM32F407设计的USB/LAN-GPIB接口转换器,是将具有GPIB接口的可程控仪器通过USB接口、或LAN接口与测控机相连,该转换器使用的是标准的USB接口、LAN接口、GPIB接口,通过该转换器,具有GPIB标准总线接口的可程控仪器可以方便地通过USB/LAN接口接受测控机控制,接入自动测试系统。硬件方面:结合本次研究的目的、器件性能与价格、以及对现有的软硬件资源熟悉程度等因素,确定了基于单片机STM32F407的转换器硬件设计方案。STM32F407集成了USB接口控制器和USB-FS(Full Speed)PHY(Physical layer),实现USB-HS(High Speed)接口需外接高速PHY电路,本设计采用USB-HS接口。STM32F407集成了10/100Mbit/s以太网控制器,但需外接快速以太网PHY才能实现网络功能。本设计选用DP83848作为网络物理层芯片。GPIB接口电路模块主要由GPIB接口控制芯片NAT9914,总线收发器SN75162、及GPIB标准连接器等构成。软件方面:转换器软件编写和编译环境为Keil uVision5。在ST公司的Cube库基础上编写了USBTMC协议,TCP/IP采用Lw IP协议包。本次项目研制,笔者完成了USB/LAN-GPIB程控接口转换器的软、硬件设计,通过该USB/LAN-GPIB程控接口转换器,进行了测控机与程控仪器的联机调试运行,实现了测控机对程控仪器的程控功能,达到了该项目的预期研制目标。
【关键词】：GPIB LAN USB 程控接口 总线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 研究工作的背景概述13-14
• 1.2 选题在实际应用方面的意义和价值14
• 1.3 本课题的主要工作内容14-15
• 1.4 本论文的结构安排15-17
• 第二章 相关总线接口技术的分析与研究17-36
• 2.1 USB总线概述及通用协议基础17-22
• 2.1.1 USB总线基本特性17-20
• 2.1.2 USB系统的构成20-21
• 2.1.3 USB的包结构及分类21
• 2.1.4 USB的四种传输类型21-22
• 2.1.5 端点类型与传输类型的关系22
• 2.2 USBTMC协议22-29
• 2.2.1 USBTMC传输模型22-23
• 2.2.2 USBTMC的数据格式23-24
• 2.2.3 批量输出端点24-25
• 2.2.4 批量输出USBTMC协议25-27
• 2.2.5 批量输出传输27
• 2.2.6 批量输入传输27
• 2.2.7 控制传输27-29
• 2.3 GPIB总线概述29-32
• 2.3.1 GPIB总线结构30
• 2.3.2 GPIB协议基础30-32
• 2.3.3 GPIB接口功能32
• 2.4 TCP/IP协议32-35
• 2.4.1 TCP/IP协议基础32
• 2.4.2 TCP/IP基本原理32-33
• 2.4.3 TCP/IP中的主要协议功能33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 硬件设计36-51
• 3.1 程控转换器总体硬件方案36
• 3.2 MCU及其外围电路36-40
• 3.2.1 STM32F407单片机特点37
• 3.2.2 电源电路37-39
• 3.2.3 JTAG接口电路39-40
• 3.2.4 时钟电路40
• 3.3 GPIB接口电路40-44
• 3.4 高速USB接口电路44-46
• 3.5 LAN接口电路46-47
• 3.6 PCB板设计47-50
• 3.6.1 总体设计47-48
• 3.6.2 PCB布局48-49
• 3.6.3 信号线走线49-50
• 3.6.4 电源质量50
• 3.7 本章小结50-51
• 第四章 软件设计51-69
• 4.1 软件总体设计51-52
• 4.2 GPIB接口软件设计52-60
• 4.2.1 NAT9914总体结构52-53
• 4.2.2 NAT9914内部寄存器53-55
• 4.2.3 NAT9914软件编程流程55-59
• 4.2.4 GPIB接口函数编写59-60
• 4.3 USBTMC软件设计60-66
• 4.3.1 USB设备库60-62
• 4.3.2 USBTMC类设计62-66
• 4.3.3 指令格式定义66
• 4.4 以太网软件设计66-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 模块功能测试69-75
• 5.1 USB-GPIB测试69-71
• 5.2 LAN-GPIB测试71-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 全文总结与展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 后续工作展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80
• 攻读硕士学位期间取得的成果80-81
• 附录A 时钟及MCU外围电路原理图81-82
• 附录B GPIB接口原理图82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王宏,张天辉,孙书鹰,朱元昌;基于USB2.0的通用数据采集设备的研究与开发[J];测控技术;2004年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 陈永锋;智能家居控制中心及外围控制设备研发[D];北京工业大学;2015年

2 巩峰;基于FPGA的千兆以太网控制器的设计与实现[D];西安电子科技大学;2014年

3 翟果;通用测试仪器USBTMC协议的研究与实现[D];电子科技大学;2013年

4 董锦;通用电子测量仪器多种通信接口转换模块的设计与实现[D];西安电子科技大学;2012年

5 游丽萍;基于USB的数字接口测试系统的设计[D];电子科技大学;2008年

6 姜成航;基于USBTMC协议的USB接口虚拟仪器的研究[D];大连理工大学;2005年

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本文编号：706074